Dubbio Topologia Amplificatore A Transresistenza

[merendina]

Buongiorno,

vi contatto per alcuni dubbi relativi alla topologia di controreazione in elettronica.

Possono sembrare sicuramente delle vere e proprie domande "tonterelle" per molti di voi,tuttavia poiché ho bisogno di avere alcune risposte ve le chiedo cortesemente.

Per prima cosa,vorrei capire perché un amplificatore a transresistenza può essere schematizzato mediante un amplificatore operazionale in configurazione invertente.

Molti testi giustificano questa azione dicendo che si riceve in ingresso una corrente e in uscita una tensione; inoltre,a questo punto mi chiedo: <SE CONSIDERO UN AMPLIFICATORE DI TENSIONE NELLA CONFIGURAZIONE INVERTENTE,QUESTO E' EQUIVALENTE AD UNO DI TRANSRESISTENZA??>

Inoltre,in molte applicazioni noto che come dati di partenza ho quelli di un amplificatore operazionale modello 741,e mi chiede di progettare un amplificatore a transresistenza con determinate caratteristiche..

Vi ringrazio per la cortese attenzione.

Buona giornata a tutti

[ludo69]

A volte le cose sono più semplici di quel che sembrano, basta capire (capire, non sapere...) alcune cose fondamentali e molte nebbie si diradano...

Per gli operazionali basta ricordarsi che (assunto che si rimanga sempre all'interno delle loro specifiche fisiche) in linea teorica sono degli amplificatori a guadagno infinito la cui tensione di ingresso (TENSIONE di ingresso = impedenza di ingresso infinita) è la differenza dei due ingressi.

Se verifichi che esiste (sempre) una reazione negativa allora la ddp (differenza di potenziale) degli ingressi è ZERO ma NON per un fantomatico cortocircuito di ingresso (come a volte banalmente detto) ma per EFFETTO della retroazione.

Se prendi un operazionale, poni l'ingresso + a zero e metti una resistenza tra l'uscita e l'ingresso - allora hai fatto una reazione negativa che, attraverso la corrente che scorre nel resistore, mantiene a zero pure l'ingresso - per ottenere la ddp ZERO tra gli ingressi.

Ora metti in ingresso invertente una corrente dall'esterno e fai l'equazione al nodo ricordando che l'ingresso NON assorbe corrente (Rin=infinito) e quindi troverai che con sensi concordi tanta corrente entra nel nodo e tanta ne esce attraverso il resistore.

Per legge di Ohm la tensione che l'operazionale dovrà tirar fuori per far scorrere la "I"reazione (uguale alla "I"ingresso) sarà V=R*I

Noterai che nel percorso dall'ingresso all'uscita la variabile "I" genara una V attraverso una "R".

Et voilà la l'effetto "transresistivo" è servito!

P.S.

Concetto di guadagno di un amplificatore:

se entra tensione ed esce tensione quando per trovare il guadagno fai il rapporto tra la variabile di uscita e quella di entrata (G=Vu/Vi) il numero che vien fuori è ADIMENSIONALE (anche se è un amplificatore di corrente G=Iu/Ii è adimensionale), se invece l'entrata è in corrente e l'uscita è in tensione allora Vu/Ii dimensionalmente è una resistenza, se entra in tensione ed esce in corrente dimensionalmente è una conduttanza.

Semplificando per esempio posso dirti che nei transistor BJT che si pilotano con corrente di base per ottenere corrente di collettore si parla adimensionalmente di "guadagno in corrente Hfe=xxx" mentre per un mosfet che è pilotato in tensione sul gate e si ottiene una corrente di Drain si parla (dimensionalmente) di transconduttanza "gFS=xxx S" S per Siemens che è l'inverso degli Ohm.....

Spero di essere stato chiaro e rigoroso qb

Modificato: 11 aprile 2012 da ludo69

[merendina]

Ciao ludo,

per prima cosa grazie per avermi risposto e seguito.

Sei stato molto chiaro,hai detto cose che condivido,ma che tuttavia sapevo.

Purtroppo non mi sono impadronito di alcuni concetti,e forse ho esordito male scrivendo i miei dubbi.

Faccio un esempio.

Mi chiedono di progettare (partendo dai classici amplificatori modello 741) un amplificatore a transresistenza.

Come dicevi tu,devo reazionare opportunamente l'amplificatore di tensione modello 741,in modo tale da creare l'effetto transresistivo.

Un amplificatore in configurazione invertente per intenderci.

Quindi,utilizzando un amplificatore operazionale modello 741 opportunamente reazionato,devo progettare un amplificatore a transresistenza con guadagno ad anello chiuso di 50 Kohm su un carico Rl di 5 Kohm quando è sollecitato da un generatore di corrente con resistenza interna Rs di 100 Kohm.

Detto questo,voglio calcolarmi il guadagno ad anello A, e il fattore di retroazione Beta.

Schematizzo il mio sistema mediante una matrice Y,e mi calcolo i vari parametri.-----> da qui, conosco il fattore di retroazione beta.

Per il calcolo di A,ho pensato di calcolarmi il rapporto tra la tensione di uscita e la corrente di ingresso.

In termini circuitali,per calcolare A,come amplificatore a ciclo aperto (se mi riconduco allo schema classico della reazione negativa) dovrò considerare l'amplificatore di tensione modello 741??

Ti ringrazio e mi scuso per il disturbo.

Grazie per avermi risposto e buona serata.

[maguls]

Ottima la spiegazione di Ludo,

voglio sottolinerare dei passaggi importanti:

Transresistenza = DVout/DIin cioè come rapporto tra la variazione della tensione di uscita e la variazione della corrente in ingresso.

In un amplificatore a transresistenza la tensione di uscita è PROPORZIONALE alla corrente in ingresso, proprio quello che può fare un opamp in configurazione invertente.

PS:

<SE CONSIDERO UN AMPLIFICATORE DI TENSIONE NELLA CONFIGURAZIONE INVERTENTE,QUESTO E' EQUIVALENTE AD UNO DI TRANSRESISTENZA??>

Un affermazione positiva alla tua domanda implicherebbe dire che

Una CS (condizione sufficiente) affinchè si abbia un amplificatore a transresistenza è un amplificatore a configurazione invertente.

uhmm mi sembra un pò azzardata come definizione. Io in sede di esame non lo direi

Dimostrare questo significa dimostrare che TUTTI gli amplificatori a configurazione invertente siano amplificatori a transresistenza.

Oppure sarebbe piu facile smentire questa CS trovando un amplificatore a configuraz. invertente che non sia un amplificatore a transresistenza.

Non so se mi sono spiegato

saluti

[merendina]

E' verissimo,ho sbagliato a dire così.

Prendiamo però per esempio un amplificatore di tensione modello 741.

Adesso,consideriamo una semplice configurazione invertente standard.

Ovvero,un generatore di segnale Vs con una resistenza in serie Rs in un "nodo" (tra virgolette nodo perché non scorre corrente all'interno dell'operazionale).

Una resistenza di retroazione Rf,collegata tra il "nodo" del morsetto invertente e l'uscita.

Infine,il morsetto non invertente collegato a massa.

Sono partito da un amplificatore di tensione modello 741,ho reazionato negativamente mediante una configurazione invertente semplice (mi correggo non tutte,ho sbagliato nella risposta precedente) e ho ottenuto quelli che sono gli effetti transresistivi,ovvero corrente in ingresso e tensione in uscita.

Finora ho detto qualcosa di sbagliato??

Ora,vorrei calcolarmi (evitando semplificazioni) il guadagno a ciclo chiuso Av.

definito:

Av= A/ (1+AB)

calcolo B,schematizzando il mio sistema mediante una matrice Y.

Calcolo ora A considerando il mio sistema (con retroazione "staccata") e calcolando Vo/Is.

Per fare questo,devo considerare l'amplificatore di tensione come amplificatore base.

vi ringrazio e vi auguro buona serata

[ludo69]

Aspetta, bisogna prima chiarire un paio di cose per poterci capir bene:

1) l'operazionale o è reale o è ideale, visto che tu nomini un OPA reale (741) e tiri fuori la formula del guadagno ad anello chiuso NON semplificata (ovvero NON credi che A sia INFINITO, come nel caso ideale) allora mi aspetterei di sapere i limiti (con segno) del segnale che verrà dato in pasto al circuito, delle tensioni di alimentazione, ecc... perchè bisogna verificare che il 741 sia impiegato all'interno dei suoi limiti di specifica.......

2) Un generatore di corrente (con cui simulare il segnale di ingresso) è un bipolo che fa scorrere quella corrente INDIPENDENTEMENTE dal carico su cui è chiuso e se lo vuoi "avvicinare" al caso reale allora ci metti un resistore in PARALLELO (Rp) così come un generatore di tensione è un bipoli che genera quella tensione INDIPENDENTEMENTE dal carico di chiusura e che puoi avvicinare al caso reale ponendogli in serie un resistore (Rs).

Il punto 1) perchè nel caso ideale si possono fare semplificazioni pesanti che IN GENERE sono valide anche in caso reale (almeno entro certi utilizzi), il punto 2) perchè nei post nomini generatori di corrente con Rs (che per definizione sarebbe ininfluente) ma poi scrivi: "Ovvero,un generatore di segnale Vs con una resistenza in serie Rs " ovvero sembra che tu voglia usare come generatore di corrente uno di tensione con un resistore in serie (trasformazione di Thevenin).

Se vuoi capire il principio lavora sul semplice con il caso ideale POI (se devi) quantizza facendo i calcoli con le equazioni non semplificate della retroazione...

Da come scrivi sembra che ricavi le informazioni sul 741 dal suo comportamento ad anello aperto simulato: EVITA di usare il simulatore per estrarre queste informazioni, scaricati e leggiti le caratteristiche dichiarate dal costruttore (che è questo stesso un esercizio MOLTO utile e didattico), troverai molte risposte a fenomeni poco noti che sul simulatore potrebbero non essere stati implementati....

http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/texasinstruments/ua741.pdf

Modificato: 12 aprile 2012 da ludo69

[Livio Orsini]

EVITA di usare il simulatore

I simulatori sono uno strumento utilissimo per chi conosce ottimamente la materia che andrà a simulare. Fanno risparmiare molto tempo perchè evitano, nel 98% dei casi, di costruire circuiti di prova.

i simulatori però sono una mela avvelenata epr gli studenti ed i principianti. Purtroppo, specialmente a livello didattico, se ne fa larghissimo uso anche perchè facilitano molto le cose ai docenti.

Così si butta tutto sul simulatore e si evita di approfondire la teoria di base.

Io tengo ancora a portata di amno il vecchissimo amnuale della SGS "The application of lienar microcircuits" (Vol1 e vol 2), più che per la circuitistica per la teoria di base. Assieme all'analogo manuale della Burr Brown, anche lui sempre disponibile, hanno costituito la letteratura di riferimento per numerosi tecnici della mia generazione e, ancora oggi, avverto la necessità (un paio di volte all'anno mediamente) di consultarli per verificare alcune condizioni e chiarire alcuni dubbi.

[merendina]

Salve a tutti,

vi ringrazio per la risposta,ho tardato per poter chiarirmi le idee e valutare le singole affermazioni.

Vi ringrazio.

Buona serata.